安全监测监控技术培训教材

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应的输出，用数学方法拟合出输入——输出曲线（标定曲线）。
1）灵敏度
2）线性度 •标定曲线和理想曲线的接近程度。
3）回程误差
•相同测试条件下和全量程范围内，输入由小增大再由大减小的行程中， •对于同一输入值所得到的2个输出值之间的最大差值与量程的比值。
2.4动态传递特性
•动态测量：•输入输出随时间变化而变化。
安全监测监控技术培训教材
目录
l 概述 l 基本原理 l 传感器技术 l 安全控制及控制装置
1 概述
•1.1几起特大安全事故
监测监控系统缺失或失效！ 1.系统本身的问题（技术问题）； 2.操作人员出现了问题（管理问题）。
1.2定义及结构
通过传感装置获取生产环境状态参数；自动、准确和及时的分析和预 测生产环境的安全性；并给予必要的预警和控制。
• 气敏传感器是利用气敏半导体材料，如氧化锡、氧化锰等金属
氧化物制成敏感元件，当它们吸收了气体烟雾，如一氧化碳、醇等时 ，会发生还原反应，放出热量，使元件温度相应增高，电阻发生变化
。• 气敏传感器应用较广泛的是用于防灾报警，如煤气、或有毒气
体报警，也可用于对大气污染监测、CO气体测量、酒精浓度探测 等方面。
•时间响应 •频率响应
•时间域、频率域
1）频率特性
•采用数学工具可以得到系统的幅频特性方程和相频特性方程：
•频率响应函数： •幅频特性方程： •相频特性方程：
2）一阶系统的频率特性
•低通特性
2）一阶系统的频率特性
3）典型二阶系统频率特性
•令： •系统固有频率
•系统阻尼系数
•幅频特性：
•相频特性：
•4）排气筒、放空管
• 是当反应物料发生剧烈反应，采取加强冷却、减少投料等措施难以凑效， 不能防止反应设备超压、超温、爆聚、分解爆炸事故而设置的一种自动或手控 的紧急放空的防爆安全装置，一般设置在反应器、反应塔、高压容器的顶部。
•5）火炬
• 是石油化工企业的一种安全装置，主要用于排除生产装置开车时产生的不 合格的可燃气体和设备事故时排放的可燃气体物料。
•原理:压电效应
•
• 某些物质，如石英，受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化， 而且内部会被极化，表面产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的 状态，这种现象称为压电效应。
•F
•+
•+
•+ •串联
•q=DF
•并联
•压电系数
•应用示例：飞机模态分析
•3）霍尔式传感器
•原理:霍尔效应 • 金属或半导体薄片置于• 磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和 磁场的方向上将产生电动势 ，这种现象称为霍尔效应。
•极板面积 •极板间距
•2）电容式
•①极距变化
•间歇变化很小，
•优点：灵敏度高，对被测系统影响小； •缺点：测量范围受限，测量精度受杂散电容影响，电路要求高； •应用：非接触测量、小位移测量（0.01微米～数百微米）。
•2）电容式
•②面积变化
•动板 •α
•定板
•d •D
•应用示例 •案例：电容传声器
霍尔效应原理
霍尔电势可用下 式表示:
•霍尔系数
•霍尔灵敏度
•3）霍尔式传感器
霍尔式位移传感器
从 a端通人电流I，根据霍尔效应，左半部产生霍 尔电势VH1，，右半部产生露尔电势VH2，其方向相反 。因此，c、d两端电势为VH1—VH2。如果霍尔元件在 初始位置时VH1=VH2，则输出为零；当改变磁极系统 与霍尔元件的相对位置时，即可得到输出电压，其大 小正比于位移量。
•4.4防火控制装置
• 火焰隔断装置包括安全液封、水封井、阻火器、防火阀 门等，其作用是防止外部火焰窜入有着爆炸危险的设备、管 道、容器内或防止火焰在设备和管道间的扩展。
•1）安全液封
• 有液体封在进出气管之间，在液封两侧的任一侧着火后，火焰将在液封处 被熄灭，从而阻止火焰蔓延。常用的安全液封有敞开式和封闭式两种，通常安 装在操作压力低于0.02MPa的气体管在线。
•信号获取 •信号分析 •输出控制
•确保设备的安全运 行
•预防和消除事故隐 患
•避免事故发生
1.3发展趋势
•2 基本原理2.1主要性能指标
•1）精度 •2）稳定性 •3）量程 •4）分辨率 •5）信噪比 •6）传递特性
1）精度和误差
精度：系统测量值与真实值的接近程度。
用误差来表示精度的高低。 •绝对误差：
•原理
•
磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感应电动势的一种
转换器。
• 感应线圈的感应电动势e为
•磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有关，改变其中一个因 素，都会改变感应电动势。
•面积
•1）磁电式 •分类：
•动圈 式 •磁 电 式
•磁阻 式
•线速度型 •角速度型
•N
•1）磁电式 •①动圈式传感器
•3 传感器技术3.1定义
•能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器 件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
3.2传感器命名
•例：100mm大量程应变式位移传感器
3.3传感器分类
•1）按被测量：•速度、位移、加速度、应力、应变、温度
•a.结构型
•电阻
•电感 •电容
•输入量改变传感装置结构参数
5）信躁比
信号功率与噪声功率之比。 信号电压与噪声电压之比。
6）传递特性
系统输入与输出对应关系的性能。
•静态测试
•传递特性
•动态测试
•动态传递特性
2.2线性系统及其主要性质
•输入/激励x(t)
•h(t)
•输出/响应y(t)
•测试系统的传递特性/转换特性
•线性系统/定常系统
•若： •则：
•结构简单、体积小、噪声小、频率范围宽（从直流到微波）、动态 范围大（输出电势变化范围可达1000:1）、寿命长等特点
•4）光电式 • 光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到红外线光的光能量 ，并能将光能转化成电信号的器件。其工作原理是基于一些物质 的光电效应。
•
•应用示例
• 光电传感器在工业上的应用可归纳为吸收式、遮光式、反射 式、辐射式四种基本形式。
•烟雾报警
•酒精传感
•二氧化碳传感
•4 安全控制及控制装 置•4.1 安全控制系统的发展
•4.1 安全控制系统的发展
•4.1 安全控制系统的发展
•4.2 安全控制方法
•4.2 安全控制方法
•4.3防爆泄出装置
• 防爆泄出装置的作用是及时排除由于物理、化学变化所 引起的超压现象。主要包括安全阀、爆破片、防爆门和放空 管等。
•应用示例
• a）桥梁固有频率测量
•原理
•在桥中设置一三角形障碍 物，利用汽车碍时的冲击对 桥梁进行激励，再通过应变 片测量桥梁动态变形，得到 桥梁固有频率。
•应用示例
•b）电子称
•原理
•将物品重量通过悬臂梁转化结 构变形再通过应变片转化为电 量输出。
•2）电容式
• •+ •A
•+ •+
•
•相对介电常数 •真空介电常数
•3.6 其它
•1) 热敏电阻传感器 • 半导体热敏电阻的材料是一种由锰、镍、铜、钻、铁等金属 氧化物按一定比例混合烧结而成的半导体，它具有负的电阻温度系 数，随温度上升而阻值下降。 • 典型的热敏电阻元件有圆形、杆形和珠形等，其结构及温度特 性如图所示。
•应用示例
•热敏电 阻
•温控 器
•2)气敏电阻传感器
•案例:液面高度测量
•广泛应用于位移、振动、角度、加速度等 机械量的精密测量，而且逐步地扩大应用 于压力、差压、液面、成分含量等。
•3）电感式
•线圈
•铁心•L
•衔铁 •空气隙导磁横截面积 •空气导磁率
•被测量
•自感 •电感
•可变磁阻 •涡流式
•互感
•电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。
•应用示例 •案例1： 连续油管的椭圆度测量
•原理 ： •Eddy
Sensor
•Referenc e Circle
•Coile d Tube
•应用示例 •案例2： 测厚
•案例3： 零件计数
•4）钢弦式传感器
•应用示例
•3.5 常用物性型传感器
u磁电 u压电 u霍尔传感器 u光电
•1）磁电式
•2）爆破片
• 排出设备内的气体、蒸汽或粉尘等发生爆炸时产生的压力，防止设备或容 器爆裂，扩大爆炸事故。 • 其特点是放出物料多、泄压快、构造简单，可在设备试验压力下破裂。 • 适用设备：在爆炸或异常反应使压力瞬间急剧上升；不允许介质有任何泄 漏的设备。
•平板型
•反拱型
•正拱型
•3）防爆门
• 是一种用于燃油、燃气和煤粉的燃烧室、加热炉上的安全装置，当燃料受 热膨胀时，造成系统压力过高，气流冲破膜板或顶开重力盖而泄压，达到保护 设备和管道的目的。分为膜板式和重力式两种类型。
•2）水封井
• 设置在可燃气体、易燃液体蒸气或有油污的污水管网上，用以防止着火或 爆炸沿管网蔓延扩展的安全设施。
•3）阻火器
• 用来阻止可燃气体和液体蒸汽火焰蔓延的安全装置。主要是由能够通过气 体的许多细小、均匀或不均匀的通道或孔隙的固体不燃材料所组成。
•4）防火闸门
• 为了防止火焰通过通风管道或生产管道蔓延而设计的阻火装置。 •正常条件下，阻火闸门受易熔金属组件的控制处，处于开启状态，一旦着火 时，温度升高使易熔金属熔化，闸门自动关闭。
•5）火星熄灭器
•输入： ε，应变（相对变形量）△L/L •输出：dR/R，电阻变化率 •μ—泊松比 •E—弹性模量 •λ—压阻系数